激光透射連接PET薄膜與鍍鈦玻璃基片的工藝研究與數(shù)值模擬.pdf

1、在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,用于治療人體各種疾病的生物植入體必需利用生物相容性的材料進(jìn)行連接與封裝以適應(yīng)人體內(nèi)復(fù)雜的生理環(huán)境。激光透射連接技術(shù)作為異種生物相容性材料連接中的一種新型連接技術(shù),已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　 本文選擇具有生物相容性的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜與鍍鈦薄膜的高硼硅酸鹽玻璃片作為試驗(yàn)材料。采用基于統(tǒng)計(jì)方法的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,針對(duì)0.1mmPET薄膜與0.5mm鍍鈦玻璃基片之間的激光透射連

2、接工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 首先,應(yīng)用振鏡掃描激光連接系統(tǒng),采用單因素工藝和基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的響應(yīng)曲面法對(duì)激光透射連接PET薄膜與鍍鈦玻璃基片的連接工藝進(jìn)行了研究。通過(guò)單因素工藝研究了激光功率、掃描速度和鍍鈦薄膜的厚度等主要工藝參數(shù)對(duì)連接寬度與連接強(qiáng)度的影響,探討了玻璃基片的表面粗糙度對(duì)鍍鈦薄膜的粗糙度以及其連接強(qiáng)度的影響,得到了激光透射連接PET薄膜和鍍鈦玻璃之間的工藝參數(shù)窗口,確定了激光透射連接PET薄膜和鍍鈦玻璃基片之間合

3、理的工藝參數(shù)范圍;通過(guò)響應(yīng)曲面法建立主要工藝參數(shù)與連接強(qiáng)度和連接寬度之間的數(shù)學(xué)模型,采用方差分析方法研究主要的工藝參數(shù)以及它們之間的相互作用對(duì)連接質(zhì)量的影響,采用數(shù)值優(yōu)化方法對(duì)主要的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,從而為提高激光透射連接PET薄膜與鍍鈦玻璃的連接質(zhì)量提供了保障。
　　 其次,使用光學(xué)顯微鏡對(duì)不同的工藝參數(shù)情況下的連接接頭形貌進(jìn)行觀測(cè)并進(jìn)行寬度測(cè)量,使用光學(xué)輪廓儀對(duì)玻璃鍍鈦薄膜的厚度與粗糙度進(jìn)行測(cè)量,使用真彩共聚焦材料顯微鏡對(duì)

4、拉伸失效后的表面進(jìn)行觀測(cè)和失效分析,使用X射線光電子能譜對(duì)PET與鍍鈦玻璃接觸界面進(jìn)行化學(xué)鍵分析,發(fā)現(xiàn)在PET與鍍鈦玻璃連接界面處有Ti-C和Ti-O化學(xué)鍵的存在。從而在化學(xué)反應(yīng)原理上揭示形成高質(zhì)量的激光透射連接奠定理論基礎(chǔ)。
　　 最后,采用商業(yè)化軟件ABAQUS建立了三維熱傳導(dǎo)有限元模型,通過(guò)子程序DFLUX和FORTRAN語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)超高斯型熱源的動(dòng)態(tài)加載,有限元分析得到激光透射連接過(guò)程中溫度場(chǎng)的分布,并分析了主要工藝參數(shù)